[发明专利]多圆柱铣削包络的单螺杆压缩机齿面型线构成方法

摘要

本发明公开了一种多圆柱铣削包络的单螺杆压缩机齿面型线构成方法，采用不同方位的多圆柱铣刀对螺杆转子的同一个齿面母线进行重复切削，可以实现这种单螺杆转子齿面的多圆柱包络型线，并给出了这种螺杆转子型线的数学描述。该型线的特点是：在星轮齿面与螺杆转子齿面的一个啮合周期内，星轮齿面型线上至少有三分之二的区域能与螺杆转子齿面型线接触，即螺杆转子齿面上的一条完整的母线是由星轮齿面型线上多点包络而成的组合型线。采用圆柱铣刀的铣削可以完成这种型线的螺杆转子齿面加工。这样设计的螺杆转子与星轮型线可以保证星轮齿面能均匀地与螺杆转子齿面滑动啮合，从而可以实现星轮磨损小和寿命长，密封好，加工工艺简单，精度高。

主权项

1.一种多圆柱铣削包络的单螺杆压缩机齿面型线构成方法，其特征在于，按下列步骤进行：1)按照螺杆转子与其共轭啮合的星轮的运动几何原理，即螺杆转子与星轮齿面成形关系，仿照星轮齿面工作时作圆周运动的形式来移动圆柱铣刀的轴线，对螺杆转子齿面进行第一次切削，而后调整铣刀轴线的方位，对螺杆转子同一齿面进行第二次切削、第三次切削，…，直至成形；每次的铣刀方位调整只切削掉螺杆转子齿面母线的其中一段或两段，铣刀轴线方位调整的数量可以任意选择，切削的次数越多，越有利于螺杆转子齿面与星轮齿面的均匀滑动啮合；或者采用五坐标数控机床进行一次性加工直接获得上述螺杆转子齿面型线，即让圆柱铣刀轴线按照螺杆转子齿面与星轮齿面成形关系进行转动，被加工的螺杆转子齿面按照星轮齿面转动的形式运动，在铣刀轴线转动和铣刀绕自身轴转动中，同时连续调整铣刀轴线的方位到设定的位置，对单螺杆转子齿面进行铣削加工，即可实现螺杆转子齿面型线；2)圆柱铣刀的方位按以下数学关系式设定：对螺杆转子取圆柱坐标系(R，Z，θ)，坐标系的Z轴与螺杆转子轴线同轴，Z的正方向取星轮齿沿螺杆转子轴向移动的方向，Z轴的零点选取在螺杆转子轴线与星轮轴线垂直连线处；坐标系中的矢径R取螺杆转子的径向；螺杆转子坐标系中的矢径R位置角θ的零点值取在螺杆转子齿槽最深的位置，即星轮齿正对着螺杆转子轴线的位置时，螺杆转子圆柱体被星轮中性面所切割的纵向截面上，对于同一个齿槽两侧的齿面型线，其起始角θ相同；于是，由一个圆柱铣刀顶端的切削点Pj，对螺杆转子齿槽铣削加工所形成的母线方程组可表达为：$\left\{\begin{array}{c}{R}_j=\sqrt{{(A-r_t·\cos ({\mathrm{ϵ\theta }}_0-{\beta }_j))}^2+{a_j}^2}\\ {\theta }_j={\theta }_0-\arctan \frac{a_j}{A-r_t·({\mathrm{ϵ\theta }}_0-{\beta }_j)}\\ Z_j=-r_t·\sin ({\mathrm{ϵ\theta }}_0-{\beta }_j)\end{array}\right.---\left(1\right)$ 由圆柱铣刀根端处的铣削点Pj，对单螺杆转子铣削包络所形成的母线型线的方程为：$\left\{\begin{array}{c}{R}_j=\sqrt{{(A-r_0·\cos ({\mathrm{ϵ\theta }}_0-{\beta }_j))}^2+{a_j}^2}\\ {\theta }_j={\theta }_0-\arctan \frac{a_j}{A-r_0·({\mathrm{ϵ\theta }}_0-{\beta }_j)}\\ Z_j=-r_0·\sin ({\mathrm{ϵ\theta }}_0-{\beta }_j)\end{array}\right.---\left(2\right)$ 上述(1)式和(2)式中：aj，bj表示圆柱铣刀切削点的位置参数，它们是设计螺杆转子和星轮时选取的，如果对于n个方位的圆柱铣刀加工形成的组合单螺杆转子母线，方程中的位置参数就分别为a1，b1；a2，b2；a3，b3；…；aj，bj；…；an，bn；r表示星轮齿面上任意一点Pj的回转半径，对于螺杆转子齿面型线的确定，只要分别选取星轮齿根的半径r0和齿顶的半径rt处星轮齿面型线上一组点对单螺杆转子齿面包络的母线即可；β表示在星轮旋转平面中，星轮齿面上的点与该齿面中线的夹角，单位为deg，对于一组母线方程，β是常量；ε表示星轮齿数与单螺杆转子齿数之比；按照式(1)，对于不同的aj，bj，可以构造n个方程组，即得到齿顶处n个啮合点所对应的n条母线型线，齿顶处的n条母线中各自其中的一段或两段顺次连接，就构成了螺杆转子组合齿顶母线；按式(2)，对于不同的aj，bj，同样可以构造n个方程组，得到齿根处n个啮合点所对应的n条母线型线。齿根处的n条母线中各自其中的一段或两段顺次连接，就构成了螺杆转子组合齿根母线；由于螺杆转子的加工采用圆柱铣刀，控制了铣刀两端母线的型线，那么，单螺杆转子齿面中间部分的任意一条型线也必然是n条母线型线的各自中的一段或两段的顺次连接所形成的；3)星轮齿面型线的构造按加工螺杆转子时多方位圆柱铣刀的设定位置，取各铣刀圆柱面上能接触到螺杆转子齿面的表面，把这些窄条状的表面按原方位放置，并将每两个相邻表面用外切直线光滑连接，在任意的圆柱轴向长度截面上，得到圆弧段与直线段的相间连接，再用计算机按曲线拟合的近似方法进行处理，就能得到星轮的齿面型线的具体数据。